трехканальное устройство для управления блоками исполнительных реле

Формула изобретения

Трехканальное устройство для управления блоками исполнительных реле, содержащее источники импульсных сигналов, блоки питания, блок исполнительных реле, блоки источников сигналов управления, выходные ключи, устройства контроля выходных ключей, отличающееся тем, что дополнительно введены три модуля сбора информации, три процессорных блока и три блока памяти, причем в каждом из трех каналов блок питания выполнен в виде модуля безопасного контроля и отключения, предназначенного для выработки, контроля и оперативного отключения напряжений питания выходных каскадов блоков выходных ключей управления и источника импульсных сигналов, блок источника импульсных сигналов, блок выходных ключей, устройство контроля выходных ключей и их взаимные связи объединены в модуль выходных усилителей, предназначенный для выдачи сигналов управления исполнительными реле через блок выходных ключей и сигналов управления модулями безопасного контроля и отключения через источник импульсных сигналов, блок источника сигналов управления, процессорный блок, блок памяти и их взаимные связи объединены в модуль контроллера, предназначенный для управления блоком выходных ключей, источником импульсных сигналов, а также для контроля состояния исполнительных реле, напольного оборудования и выходных ключей, при этом в каждом из каналов устройства входы модуля выходных усилителей, предназначенные для питания выходных каскадов источника импульсных сигналов и выходных ключей, подключены к соответствующим выходам модуля безопасного контроля и отключения этого же канала, еще двумя входами, предназначенными для управления источником импульсных сигналов и выходными ключами, модуль выходных усилителей подключен к соответствующим выходам модуля контроллера этого же канала, выходом, предназначенным для контроля состояния выходных ключей, модуль выходных усилителей подключен к одному из входов модуля контроллера этого же канала, а первым из выходов, предназначенных для управления модулями безопасного контроля и отключения, модуль выходных усилителей подключен к первому из входов модуля безопасного контроля и отключения этого же канала, при этом вторым и третьим выходами, предназначенными для управления модулями безопасного контроля и отключения, модуль выходных усилителей первого канала подключен ко второму и третьему входам модулей безопасного контроля и отключения третьего и второго канала соответственно, модуль выходных усилителей второго канала подключен ко второму и третьему входам модулей безопасного контроля и отключения первого и третьего канала соответственно, а модуль выходных усилителей третьего канала подключен ко второму и третьему входам модулей безопасного контроля и отключения второго и первого канала соответственно, причем одноименные выходы выходных ключей модулей выходных усилителей трех каналов объединены и подсоединены к блоку исполнительных реле, также объединены одноименные входы модулей сбора информации трех каналов, предназначенные для приема сигналов обратной связи, информирующих о состоянии исполнительных реле и напольного оборудования, выход каждого модуля сбора информации подключен к одному из входов расположенного в том же канале модуля контроллера, при этом первым и вторым входом/выходом, предназначенными для связи с другими каналами, модуль контроллера первого канала подключен ко второму и первому входу/выходу модулей контроллера третьего и второго канала соответственно, а второй вход/выход модуля контроллера второго канала связан с первым входом/выходом модуля контроллера третьего канала, входы запуска модулей безопасного контроля и отключения объединены между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, а именно к устройствам для управления реле железнодорожной автоматики, и может быть использовано в различных системах электрической централизации, в том числе, в управляющем вычислительном комплексе систем микропроцессорной централизации стрелок и сигналов, предназначенных для малых, средних и крупных железнодорожных станций.

Известно мажоритарное «Устройство для включения исполнительного реле железнодорожной автоматики» (авторское свидетельство №1588615, В 61 L 19/14, Н 03 К 19/23, приор. 27.07.87, опубл. 30.08.90, Бюл. №32), используемое в микроэлектронных системах железнодорожной автоматики и телемеханики. Устройство содержит источники импульсных сигналов, инверторы, блоки развязки, исполнительный блок, к входу которого подключены выходами блоки развязки, каждый из которых имеет последовательно соединенные конденсатор и диод, одной из обкладок которого и другим выводом образованы входы блоков развязки, одни из которых через инверторы связаны с одними из выходов, а другие - с другими выходами источников импульсных сигналов. При этом блоки развязки дополнительно снабжены оптронами, светодиод одного из которых через резистор подключен параллельно диоду одного из блоков развязки. А другой блок развязки имеет дополнительные диоды и конденсатор, последовательно соединенный с одним из диодов, одним из выводов подключенный к другому выводу первого диода своего блока развязки, а другим - через второй дополнительный диод - к одному из выводов светодиода оптрона, подключенного через третий дополнительный диод параллельно упомянутому первому диоду. Другой обкладкой дополнительного конденсатора образован третий вход этого блока развязки, который подключен к одному из источников импульсных сигналов, который подключен к инвертору первого блока развязки. "Фототранзисторами блоков развязки образованы их выходы.

Преимуществами таких решений является то, что реле имеют высокую устойчивость к электромагнитным помехам и перенапряжениям.

Недостатками устройства является ограниченный ресурс работы реле и необходимость профилактического обслуживания. Кроме того, устройство в целом не обладает свойством отказоустойчивости, так как в нем резервируются только источники импульсных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является «Устройство для управления блоками исполнительных реле» (свидетельство РФ на полезную модель №32455, В 61 L 19/14, Н 03 К 19/23, приоритет 30.12.2002, опубл. 20.09.2003), содержащее источники импульсных сигналов, блоки питания, блок исполнительных реле, выходные ключи, устройства контроля выходных ключей, при этом первый, второй и третий выходы первого источника импульсных сигналов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого, третьего и второго блоков питания, а первый, второй и третий выходы второго источника импульсных сигналов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго, первого и третьего блоков питания, а также первый, второй и третий выходы третьего источника импульсных сигналов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами третьего, второго и первого блока питания, кроме того, одним из выходов блоки питания соединены с соответствующими входами источников импульсных сигналов, три выходных ключа и три источника сигналов управления, причем один из выходов каждого источника сигналов управления соответственно соединен с одним из входов источника импульсных сигналов, а другой выход каждого источника сигналов управления соединен соответственно с одним из входов выходных ключей, кроме того, выходы первого, второго и третьего выходных ключей соединены соответственно через устройства контроля выходных ключей с входами источников сигналов управления, а одноименные управляющие выходы выходных ключей соединены между собой в виде монтажного ИЛИ и подсоединены к соответствующему входу блока исполнительных реле, кроме того, вторые выходы блоков питания соединены с соответствующими входами выходных ключей. Данное устройство выбрано за прототип.

Преимуществом такого решения является обеспечение отказоустойчивости и отказобезопасности за счет использования резервирования аппаратных средств.

Недостатками устройства являются:

отсутствие аппаратно-программного способа контроля целостности цепей управления и связи с обмотками исполнительных реле, что приводит к увеличению времени устранения неисправностей в системе управления и накоплению неисправностей;

отсутствие сигналов обратной связи, информирующих о состоянии объектов управления и напольного оборудования, что не позволяет при необходимости оперативно изменять режимы работы в зависимости от показателей состояния.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности движения поездов и расширение функциональных возможностей устройства.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении безопасности управления и в расширении функциональных возможностей устройства за счет введения сигналов обратной связи и аппаратно-программных средств, предназначенных для оперативного контроля целостности цепей управления обмотками исполнительных реле и изменения режимов управления напольным оборудованием в зависимости от состояния исполнительных реле при обеспечении высокого уровня отказоустойчивости, отказобезопасности и ремонтопригодности всего устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в трехканальное устройство для управления блоками исполнительных реле, содержащее источники импульсных сигналов, блоки питания, блок исполнительных реле, блоки источников сигналов управления, выходные ключи, устройства контроля выходных ключей, дополнительно введены три модуля сбора информации, три процессорных блока и три блока памяти. Причем в каждом из трех каналов блок питания, являющийся полным аналогом блока питания, используемого в прототипе, выполнен в виде модуля безопасного контроля и отключения, предназначенного для выработки, контроля и оперативного отключения напряжений питания выходных каскадов блоков выходных ключей управления и источника импульсных сигналов. Блок источника импульсных сигналов, блок выходных ключей, устройство контроля выходных ключей и их взаимные связи объединены в модуль выходных усилителей, предназначенный для выдачи сигналов управления исполнительными реле через блок выходных ключей и сигналов управления модулями безопасного контроля и отключения через источник импульсных сигналов. Блок источника сигналов управления, процессорный блок, блок памяти и их взаимные связи объединены в модуль контроллера, предназначенный для управления блоком выходных ключей, источником импульсных сигналов, а также для контроля состояния исполнительных реле, напольного оборудования и выходных ключей. При этом в каждом из каналов устройства входы модуля выходных усилителей, предназначенные для питания выходных каскадов источника импульсных сигналов и выходных ключей, подключены к соответствующим выходам модуля безопасного контроля и отключения этого же канала. Еще двумя входами, предназначенными для управления источником импульсных сигналов и выходными ключами, модуль выходных усилителей подключен к соответствующим выходам модуля контроллера этого же канала, выходом, предназначенным для контроля состояния выходных ключей, модуль выходных усилителей подключен к одному из входов модуля контроллера этого же канала, а первым из выходов, предназначенных для управления модулями безопасного контроля и отключения, модуль выходных усилителей подключен к первому из входов модуля безопасного контроля и отключения этого же канала. При этом вторым и третьим выходами, предназначенными для управления модулями безопасного контроля и отключения, модуль выходных усилителей первого канала подключен ко второму и третьему входам модулей безопасного контроля и отключения третьего и второго канала соответственно, модуль выходных усилителей второго канала подключен ко второму и третьему входам модулей безопасного контроля и отключения первого и третьего канала соответственно, а модуль выходных усилителей третьего канала подключен ко второму и третьему входам модулей безопасного контроля и отключения второго и первого канала соответственно. Одноименные выходы выходных ключей модулей выходных усилителей трех каналов объединены и подсоединены к блоку исполнительных реле, также объединены одноименные входы модулей сбора информации трех каналов, предназначенные для приема сигналов обратной связи, информирующих о состоянии исполнительных реле и напольного оборудования, выход каждого модуля сбора информации подключен к одному из входов расположенного в том же канале модуля контроллера, при этом первым и вторым входом/выходом, предназначенными для связи с другими каналами, модуль контроллера первого канала подключен ко второму и первому входу/выходу модулей контроллера третьего и второго канала соответственно, а второй вход/выход модуля контроллера второго канала связан с первым входом/выходом модуля контроллера третьего канала. Входы запуска модулей безопасного контроля и отключения объединены между собой.

Таким образом, повышение безопасности управления, расширение функциональных возможностей устройства при повышении уровня отказоустойчивости и ремонтопригодности всего устройства достигается за счет использования в схеме устройства новых элементов и новых связей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема заявляемого устройства.

В состав устройства входят:

Блоки источника импульсных сигналов (ИИС) - 1;

Модули безопасного контроля и отключения (МБКО) - 2;

Блоки источника сигналов управления (ИСУ) - 3;

Блоки выходных ключей (ВК) - 4;

Блок исполнительных реле (БИР) - 5;

Устройства контроля выходных ключей (УКВК) - 6;

Устройства гальванической развязки (УГР) - 7;

Устройства безопасного подключения устройства питания блока исполнительных реле (УБП)-8;

Устройства питания блока исполнительных реле (УПБИР) - 9;

Устройства питания выходных каскадов источника импульсных сигналов (УПИИС) - 10;

Устройства запуска (УЗ) -11;

Блоки процессора (ПР) - 12;

Блоки памяти (ПАМ) - 13;

Модули контроллера (МК) - 14;

Модули сбора информации (МСИ) - 15;

Модули выходных усилителей (МВУ) - 16.

Данное устройство содержит три идентичных канала, причем в каждом из каналов соответствующие блоки источника импульсных сигналов ИИС 1, устройства контроля выходных ключей УКВК 6, выходных ключей ВК 4 конструктивно объединены в модуль выходных усилителей МВУ - 16. Соответствующие устройства гальванической развязки УГР 7, устройство безопасного подключения устройства питания блока исполнительных реле УБП 8, устройство питания блока исполнительных реле УПБИР 9, устройство питания выходных каскадов источника импульсных сигналов УПИИС 10, устройство запуска УЗ 11 конструктивно объединены в модуль безопасного контроля и отключения МБКО 2. Соответствующие блоки источника сигналов управления ИСУ 3, процессора ПР 12, памяти ПАМ 13 конструктивно объединены в модуль контроллера МК - 14.

Модули выходных усилителей МВУ 16, модули безопасного контроля и отключения МКБО 2, модули сбора информации МСИ 15, модули контроллера 14 идентичны между собой соответственно.

При этом в каждом канале заявляемого устройства имеются следующие взаимные связи. Выход 1 модуля МБКО 2 подсоединен к выходным каскадам источника импульсных сигналов ИИС 1 в модуле МВУ 16. Вырабатываемое на этом выходе питающее напряжение позволяет обеспечить работу указанных выходных каскадов. Вырабатываемое в модуле МБКО 2 питающее напряжение выходных каскадов выходных ключей ВК 4 подается в модуль МВУ 16 с выхода 5 модуля МБКО 2. Команды на выработку источником импульсных сигналов ИИС 1 импульсов поступают в модуль МВУ 16 с выхода 3 модуля МК 14, а команды на включение или выключение выходных ключей управления в модуль МВУ 16 поступают с выхода 5 модуля МК 14, при этом контроль состояния выходных ключей обеспечивается со стороны модуля МК 14 по входу 4. К входу 6 каждого модуля МК 14 подключен выход от модуля МСИ 15, что обеспечивает возможность сбора процессором данных о состоянии объектов управления и датчиков состояния напольного оборудования. Первый выход источника импульсных сигналов ИИС 1 модуля МВУ 16 подсоединен к входу 2 МБКО 2 этого же канала и предназначен для передачи импульсного сигнала управления выработкой питающих напряжений. Кроме взаимных связей между модулями в канале, в устройстве также используются межканальные связи. Выходы 2 и 3 модулей МВУ 16 подсоединены к входам управления выработкой питающих напряжений в модулях МБКО 2 других каналов. Модули МБКО 2 связаны между собой по входу 6, предназначенному для подачи внешнего сигнала запуска. Модуль контроллера МК 14 первого канала по входу/выходу 1 связан с входом/выходом 2 модуля МК 14 третьего канала, а по входу/выходу 2 связан с входом/выходом 1 модуля МК 14 второго канала, который по входу/выходу 2 соединен с входом/выходом 1 МК 14 третьего канала. Одноименные выходы управления модулей выходных усилителей МВУ 16 объединены и подсоединены к блоку исполнительных реле 5 БИР. Также объединены одноименные входы всех модулей сбора информации МСИ 15, причем одна часть объединенных входов подсоединена к блоку исполнительных реле БИР 5, а другая часть объединенных входов подсоединяется к датчикам сигналов состояния напольного оборудования (на чертеже датчики не показаны).

Общий принцип функционирования устройства состоит в следующем. Устройство работает циклически под управлением модулей МК 14. За время цикла через модули МСИ 15 производится опрос состояния сигналов обратной связи. После взаимного обмена принятыми данными на основе анализа сигналов обратной связи и в соответствии с программным алгоритмом каждый модуль МК 14 вырабатывает сигналы управления, которые через выходные ключи модуля МВУ 16 поступают на блок БИР 5, обеспечивая тем самым выбранный режим управления напольным оборудованием. Контроль правильности установки сигналов управления осуществляется через устройства контроля выходных ключей МВУ 16.

Учитывая идентичность одноименных модулей в каждом из трех каналов, более детальное рассмотрение функционирования заявляемого устройства проведем на примере одного из каналов, например первого. При включении устройства запуска УЗ 11 путем нажатия кнопки Пуск или кнопки дистанционного управления МБКО 2 формирует напряжение питания на выходе 1 на время Т1, например 1-2 с, которое подается на выходные каскады источника импульсных сигналов ИИС 1 в МВУ 16.

Если за время Т1 источник импульсных сигналов ИИС 1 в МВУ 16 первого канала и источник импульсных сигналов ИИС 1 в МВУ 16 второго канала или источник импульсных сигналов ИИС 1 в МВУ 16 первого канала и источник импульсных сигналов ИИС 1 в МВУ 16 третьего канала под управлением соответствующих модулей МК 14 выработают токовые импульсы с заданными параметрами, например меандр с периодом Т=50 мс, которые через устройства гальванической развязки УГР 7 поступают в устройство безопасного подключения устройства питания блока исполнительных реле УБП 8, которое проверяет выполнение условия:

где t_ф1 - время появления фронта токового импульса от МВУ 16 первого канала (появление t_ф1 - необходимое условие для выполнения проверки, так как этот фронт является точкой отсчета);

t_{ф2 3} - время появления фронта токового импульса от МВУ второго или МВУ третьего каналов, то при выполнении условия (1) за время менее Т1 в МБКО 2 первого канала устройство безопасного подключения УБП 8 включает устройство питания блока исполнительных реле УПБИР 9. Одновременно напряжение, выработанное в УПБИР 9, поступает в блок УПИИС 10, который, в свою очередь, вырабатывает напряжение для питания выходных каскадов источника импульсных сигналов ИИС 1 в МВУ 16 первого канала. В дальнейшем для поддержания напряжения на выходе 5 модуля МБКО 2 необходимо, чтобы в течение каждых последующих 50 мс на входах управления МБКО 2 возникала ситуация, при которой выполнялось бы условие (1). В этом случае будут созданы условия и для выработки напряжения питания на выходе 1 модуля МБКО 2.

В модуле МК 14 блоком процессора ПР 12 на основе выполнения программного алгоритма функционирования осуществляется выработка команд для управления размещенными в МВУ 16 этого же канала источником импульсных сигналов по выходу 3, выходными ключами по выходу 5, а также обеспечивается обмен данными с модулями МК 14 других каналов по входу/выходу 1 и 2. Кроме того, в МК 14 осуществляется обработка сигналов обратной связи от датчиков состояния исполнительных реле и состояния напольного оборудования, принимаемых по входу 6, и о состоянии выходных ключей управления исполнительными реле, принимаемых по входу 4.

За счет взаимных связей между модулями МК 14 обеспечивается обмен как входными данными, так и результатами вычислений, обработка которых, например, по принципу 2 из 3-х позволяет повысить достоверность принятых данных, обеспечить устойчивость к однократным сбоям, повысить надежность контроля результатов вычислений.

При появлении ситуации «пробоя» любого из выходных ключей взаимный обмен данными по контролю за их состоянием и последующий анализ этих данных, осуществляемые в течение каждых 50 мс, позволяют идентифицировать неисправность и оперативно, через модуль МВУ, отключить управление модулем МБКО в неисправном канале, продолжая функционирование по двум оставшимся каналам управления, а в ситуации обрыва связи с исполнительным реле, на которое подан сигнал включения, оперативно выполнить определенные алгоритмом действия, также идентифицировав при этом неисправность по сигналу обратной связи. Кроме того, учитывая инерционность реле по включению и выключению, в устройстве осуществляется поканальное тестирование, направленное на проверку работоспособности цепей управления исполнительными реле. Для реле, которые находятся в момент тестирования во включенном состоянии, осуществляется проверка на возможность снятия сигнала управления обмоткой, а для реле, которые находятся в выключенном состоянии, осуществляется проверка на возможность установки сигнала включения.

Таким образом, за счет приема в модулях МК сигналов по цепям обратной связи через МСИ, сигналов контроля выходных ключей от МВУ, взаимного обмена принятыми данными между МК обеспечивается оперативное выявление неисправностей в цепях управления по каждому из каналов при тестировании, в ситуациях «пробоя» выходных ключей, обрывов связи с исполнительными реле, что исключает накапливание неисправностей, а следовательно, повышает безопасность и отказоустойчивость устройства.